電子負載是測試電源和供電系統的常用電子儀器,下圖電子負載原理框圖。
電子負載的原理是控制內功率MOSFET或晶體管的導通量(量占空比大小),靠功率管的耗散功率消耗電能的設備,它能夠準確檢測出負載電壓,精確調整負載電流,同時可以實現模擬負載短路,模擬負載是感性阻性和容性,容性負載電流上升時間。
靜態的電子負載可以是電阻性(如功率電阻、滑線變阻器等)、電感性、電容性。但實際應用中,負載形式就較為復雜,如動態負載,消耗功率是時間函數,或電流、電壓是動態的,也可能是恒定電流、恒定電阻、恒定電壓,不同峰值系數(交流情況下),不同功率因數或瞬時短路等。目前市面上的電子負載均有基本的四項功能:恒流、恒壓、恒阻和恒功率。
電子負載電路原理圖
原理圖如圖2所示,基本電路為除虛線框⑤和兩個萬用表以外的部分,由恒壓電路、恒流電路、過流保護電路、驅動電路組成。V=12V輸入電壓,經過限流電阻R1到三端可調分流基準源U1(TL431)的陰極K后,由參考端R得到輸出基準電壓VR為2.5V,經電阻R1到調整滑動變阻器R6,一路經電阻R2為U3A提供電壓,另一路經電阻R7為U3C提供電壓。
1、恒壓電路
如圖2虛線框①所示。當負載端輸入電壓增大時,U3A同相輸入端電壓增大。當同相輸人端電壓大于反相輸入端電壓(基準電壓)時,U3A輸出高電平,在場效應管Q1、Q2、Q3、Q4的柵極G電壓VG上產生壓降,使得漏極D和源極S之間的電壓VDS減小,從而達到恒壓的目的。
2、恒流電路
如圖2虛線框②所示。當負載電流增大時,R19、R22、R25、R28上的電壓增大。即R18、R21、R24、R27上的取樣電壓增大,也即是U3C反相輸入端電壓增大,當U3C反相輸入端電壓大于同相輸入端電壓時,U3C輸出低電平,場效應管Q1、Q2、Q3、Q4的柵極G電壓VG減小,Q1、Q2、Q3、Q4的內阻RDS增大,負載電流減小,從而達到恒流的目的。
3、過流保護電路
如圖2虛線框③所示。當負載電流增大時,R19、R22、R25、R28上的電壓增大,即R18、R21、R24、R27上的取樣電壓增大,U3B反相輸入端電壓增大,但電流繼續增大。當反相端電壓大于所設定過流保護電流的基準電壓(同相端輸入電壓)時,U3B輸出低電平,場效應管Q1、Q2、Q3、Q4的柵極G電壓VG減小,Q1、Q2、Q3、Q4的內阻RDS增大,負載電流減小,從而起到過流保護作用。
4、驅動電路
如圖2虛線框④所示。Q1、Q2、Q3、Q4選用大功率場效應管IRF540作為功率器,但是多管并聯后,由于極間電容和分布電容相應增加,使放大器的高頻特性變壞,通過反饋容易引起放大器的高頻寄生振蕩。為此,并聯復合管一般不超過4個,而且在每管基極或柵極上串接防寄生振蕩電阻。R17、R20、R23、R26為驅動電阻,R18、R21、R24、R27為取樣電壓電阻,R19、R22、R25、R28為限流電阻。C9一端接場效應管IRF540漏極,另一端接地,用于防震蕩。
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